桩基完整性(低应变试验)试验方法

1 桩基完整性（低应变试验）

1.1一般规定：

（1）低应变反射波法适用围为：混凝土灌注桩、混凝土预制桩、预应力管桩及CFG 桩。

（2）对桩身截面多变且变化幅度较大灌注桩，应采用其他方法辅助验证低应变法检测的有效性。

（3）受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不应低于15MPa 。

1.2检测原理：

低应变法目前国普遍采用低应变反射波法，为狭义低应变法，其通过采用瞬态冲击的方式（瞬态激振），实测桩顶加速度或速度响应曲线，以一维线弹性杆件模型为依据，采用一维波动理论分析判定基桩的桩身完整性。因此基桩必须符合一维波动理论要求，满足平截面假定和一维线弹性杆件模型要求，一般要求其桩长远大于直径即长径比大于5或瞬态激励有效高频分量的波长与桩的横向尺寸之比大于5。

1.3检测方法及工艺要求

（1）检测前的准备工作

a 受检基桩混凝土强度至少达到设计强度的70％，或期龄不少于14天时方可报检。

b 施工单位填写报检表，经监理工程师签字确认后，至少提前2天提交给现场检测人员。

c 施工单位向检测单位提供基桩工程相关参数和资料。

d 检测前，施工单位做好以下准备工作：

①剔除桩头，使桩顶标高为设计的桩顶标高。

②要求受检桩桩顶的混凝土质量、截面尺寸应与桩身设计条件基本相同。

③灌注桩要凿去桩顶浮浆或松散破损部分，并露出坚硬的混凝土表面。

④桩顶表面平整干净且无积水。

⑤实心桩的第三方位置打磨出直径约10cm 的平面，平面保证水平，不要带斜坡；在距桩第三方2/3半径处，对称布置打磨2～4处（具体见图1），直径约为6cm 的平面，打磨面应平顺光洁密实图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图

0.8m

图2 不同桩径对应打磨点数及位置示意图

⑥当桩头与垫层相连时，相当于桩头处存在很大的截面阻抗变化，会对测试信号产生影响。因此，测试前应将桩头侧面与断层断开。

⑦准备黄油1～2包，作为测试耦合剂用。

⑧在基坑检测，应提前将基坑水抽干，并搭设好梯子，便于上下。

e搜集受检桩的相关技术资料，包括工程概况、基桩的设计参数、场地的工程地质资料以及施工记录情况；

f安装传感器。传感器的安装对现场信号的采集影响较大，传感器的安装须通过黄油、凡士林或橡皮泥等藕合剂与桩面紧密粘接，并与桩顶面垂直；

g根据现场情况选择合适的激振设备、传感器，检查系统各部分之间是否连接良好，确认系统处于正常工作状态。

1.4数据采集

a通过现场对比试验选定激振锤和激振参数。短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷的检测宜采用重锤宽脉冲激振；在现场检测过程中，可在激振部位平铺薄层橡胶垫以获取更好的实测信号。通过改变力锤的重量及锤头材料，可改变冲击入射波的脉冲宽度及频率成分。锤头刚度较小时，冲击入射波脉冲较宽，含低频成分多，冲击力大小相同时，其能量较大，应力波衰减较慢，适合于获得长桩桩底信号或下部缺陷的识别；锤头刚度较大时，冲击入射波脉冲较窄，含高频成分较多，冲击力大小相同时，虽其能量较小，但更适合于桩身浅部缺陷的识别及定位。对于长桩，应该先采用低频检波器，重锤敲击来获得实测曲线，再用高频检波器、轻锤敲击来获得浅部鉴别曲线。

b采集桩身的波形信号时，调整增益和激振频率使桩身（特别是桩身下部）的反射特征清晰、重复性好。各测点记录的有效信号数不宜少于3个，波形具有良好的一致性。

c 对存在缺陷的桩应选用多种激振频率进行重复检测，获取足够的缺陷特征分析资料。

1.5 数据分析与判定

a 桩身平均波速的确定；

b 对波形、波幅、频率等信号特征进行分析，并结合受检桩的成桩工艺、地质条件和施工情况识别断桩缩颈、扩颈等桩身缺陷；

c 进行桩身完整性类别判定，桩身完整性类别应按表3-2和表3-3原则判定；

d当实测信号所反映的桩身信息(如超过有效检测围、桩底反射不明显、实测信号无规律等)不足以分析和评价桩身完整性，应结合其它检测方法进行桩身完整性判定。

1.6复测验证与处理

a对于桩身浅部存在缺陷，拟采用开挖法（开挖深度一般在1～8m围，条件允许的情况下可适当增加开挖深度）进行验证；

b 若桩身波速偏低或怀疑混凝土强度不够时，分析强度低的各种原因，若对比其余同等条件的桩后发现强度等级依然存在波速异常，应建议业主、监理等相关部门采用其它检测手段进行检测。

c 若发现桩身深部存在缺陷或桩底沉渣过厚时，应该如实向业主、监理提出采用工程钻机抽芯验证申请，并提交检测原始资料，对有争议性的检测结论，应该提出第三方验证的申请进行仲裁。

1.7成果报告的编写

《建筑基桩检测技术规》（JGJ 106—2014）强制要求低应变检测报告应给出桩身完整性检测的实测信号曲线，除此之外，检测报告还应包括以下容：

a 工程概述及岩土工程条件描述；

b 检测方法、原理、仪器设备和过程叙述；

c 受检桩的桩号、桩位平面图和相关的施工记录；

d桩身波速取值；

e 桩身完整性描述、缺陷的位置及桩身完整性类别；

f时域信号时段所对应的桩身长度标尺、指数或线性放大的围及倍数；或幅频信号分析的频率围、桩底或桩身缺陷对应的相邻谐峰间的频差；

g必要的说明和建议，比如对扩大或验证检测的建议。

综上所述，其技术流程如图3所示:

图3 瞬态激振时域频域分析法测桩技术流程

1.8数据分析和质量评定

低应变的桩身完整性分析应严格地按照国家及部委颁发的相关规、规程和标准执行，以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工情况、岩土工程勘察资料和波形特征等因素进行综合分析判定。

当在桩顶施加一激振后，弹性波沿桩身传播的规律满足一维波动方程，如下式：

022222=??+??x u v t u

ρE

v =2

式中： v —纵波波速

E —桩的弹性模量

A —桩截面积

ρ—桩身材料密度

弹性波在传播过程中会对桩身阻抗（VA Z ρ=）的变化作出响应，假设桩身由1A 、1E 、

1ρ、1v 变为2A 、2E 、2ρ、2v ，根据平面弹性波传播理论，其反射系数为：

222111222111A v A v A v A v R v ρρρρ+-=

式中： v R —反射系数

ρ—桩身材料密度

v —纵波波速

A —桩截面积

a 统计法确定桩身波速平均值

为分析时域、频域曲线所反映的桩身波阻抗变化情况、核实桩底信号并确定桩身缺陷位置，首先需要确定桩身波速及其平均值。在桩长已知、桩底反射信号明确的前提下，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根Ⅰ类桩的桩身波速按下列计算平均值：

11n

m i i V V n ==∑ ( 1)

2i L V T =

? ( 2) 式中 m V —桩身波速的平均值；

i V —第i 根受检桩的桩身波速值，《建筑基桩检测技术规》（JGJ106-2014）要求桩身波速离散性控制在5%以，即 /5%i m m V V V -≤。

b 数据的分析和桩身完整性判定

完整桩的时域波形图比较规则、均匀、整齐，桩底反射信号明显，平均波速也正常。完整桩的波形特征如图3-a 所示。断桩指桩身断裂，混凝土不连续，一般在此处有严重的夹泥，使此处的阻抗明显变小，应力波在断桩片发生强反射，应力波在桩身断裂以上部分来回反射形成多次波，整桩信号不明显，甚至没有桩底反射，类似于短的完整桩。断桩的波形如图3-b ，断桩的断裂位置由下式确定：

2L V t ''=?( 3)

其中：L'为断裂位置(m)；V'为完整桩波速(m/s)；t?为入射波与反射波的时间间隔(ms)。

a:完整桩b:断桩c:缩颈桩

d:扩径桩e:桩身混凝土胶结差（空洞、蜂窝、松散等现象）

图4 桩身典型缺陷与动测波形特征

缩颈桩和扩径桩都有明显的桩底反射信号，和本工地桩身混凝土平均波速相接近，计算桩长与实际桩长相符。同时在缩颈处或扩径处分别出现同相位和反相位的反射信号。缩颈桩和扩径桩的波形特征如图3-c和图3-d。桩身混凝土胶结差视其程度大小，桩身混凝土介于完整桩和断桩之间，轻微接近完整桩，严重接近于断桩。该类基桩的反射信号与入射波信号同相位，同样有桩底反射信号，但整桩混凝土传播速度偏低，这是桩身混凝土胶结差区别于缩颈桩的重要依据，如图3-e。依据实测时域或幅频信号特征进行桩身完整性判定的分类标准和分类见表3-3、3-4

表3-3 桩身完整性判定

类

别

时域信号特征幅频信号特征

Ⅰ2L/c时刻前无缺陷反射波；

有桩底反射波

桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Δf

≈c/2L。

表3-4 桩身完整性分类表

应变法测不到桩底反射信号的情形受桩的长径比、桩周土阻力、桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配等多种因素影响，所以，绝对要求同一工程所有的Ⅰ、Ⅱ类桩都有清晰的桩底反射是不现实的。对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因实测信号无桩底反射波时，可参照本场地同条件下有桩底反射波的其它桩实测信号或结合其它检测方法判定桩身完整性类别。